TEKANAN HIDROSTATIS

Table of Contents

 TEKANAN HIDROSTATIS

    Berenang merupakan kegiatan yang menyenangkan. Ketika kamu mencoba untuk menyelam ke dasar kolam. Semakin dalam kamu menyelam, maka kamu akan merasakan tekanan yang semakin besar. Tekanan yang dihasilkan oleh zat cair tersebut dinamakan tekanan hidrostatis. Semakin dalam posisi zat yang diam, maka semakin besar tekanannya. Hal ini menunjukkan bahwa tekanan hidrsotatis sebanding dengan kedalaman. Jenis zat cair juga dapat mempengaruhi tekanan hidrostatis. Semakin besar massa jenis zat cair, maka semakin besar pula tekanan yang dihasilkan pada kedalaman tertentu.

Tekanan hidrostatis disebabkan oleh berat zat cair, sehingga :

P = w/A

karena

w = m x g

m = ρ x V

V = h x A

maka :

P = (ρ x g x h x A) / A

atau

P = ρ x g x h

dengan :

            P = tekanan (N/m2)

            m = massa benda (kg)

            ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

            g = percepatan gravitasi (m/s2)

            h = tinggi zat cair (m)

            V = volume zat cair (m3)

        Manusia ternyata hanya mampu menyelam  hingga kedalaman sekitar 20 m. Hal tersebut dikarenakan paru-paru manusia tidak dapat menahan tekanan yang besar (> 240.000 Pa).

1.  Hukum Archimedes

    Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa tersebut tentu bukan karena ada massa benda yang hllang, akan tetapi disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang ahli fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya ke dalam bak mandi. Ternyata Archimedes merasakan beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut dengan gaya apung (Fa). Gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air.

Fa = wu – wa

dengan :

            Fa = gaya apung (N)

            wu = gaya berat benda di udara (N)

            wa = gaya berat benda di air (N)

 “jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, maka benda akan mendapatkan gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang desak oleh benda tersebut.”

Secara matematis ditulis :

Fa = wf

Karena

wf = mf x g

dan

mf = ρf x V

maka

 wf = ρf x V x g

dengan :

            Fa = gaya apung (N)

            ρf = massa jenis za cair (kg/m3)

            V = volume air yang didesak atau volume benda yang tercelup (m3)

            g = percepatan gravitasi (m/s2)

Benda di dalam zat cair dapat berada pada tiga keadaan, yaitu mengapung, melayang, dan tenggelam.

            Benda mengapung, jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair (ρb < ρa)

            Benda melayang, jika massa jenis benda sama besar dengan massa jenis zat cair (ρb = ρa)

            Benda tenggelam, jika massa jenis benda lebih besar daripada mass jenis zat cair (ρb > ρa)

Beberapa teknologi yang memanfaatkan prinsip hukum Archimedes adalah Kapal Selam, Hidrometer dan balon udara.

2.  Hukum Pascal

Bunyi Hukum Pascal: "Tekanan yang diberikan pada zat cair di ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata.”

Mengapa gaya yang lebih kecil dapat mengangkat gaya berat beban yang lebih besar? Pada pompa hidrolik, terdapat dua luas penampang yang berbeda, yaitu luas penampang kecil (A₁) dan luas penampang besar (A).

Jika penampang dengan luas A1 diberi gaya dorong F1, maka akan dihasilkan tekanan P₁.

Menurut hukum Pascal, tekanan P1 tersebut diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A₂. Dengan demikian, pada penampang A akan muncul gaya angkat F₂ dengan tekanan P₂.

P₂ = F₂/A₂

Secara matematis akan diperoleh persamaan pada dongkrak hidrolik sebagai berikut:

F₁/A₁ = F₂/A₂

dengan :

P₁ dan P₂ = tekanan (N/m²)

F₁ dan F₂ = gaya yang diberikan (Newton)

A₁ dan A₂ = luas penampang (m²)

Contoh soal :

Sebuah alat pengangkat mobil  menggunakan  luas penampang  pengisap  kecil 10 cm² dan  pengisap besar 50 cm2.

Berapakah gaya yang  harus  diberikan  agar  dapat  mengangkat  sebuah  mobil dengan berat 20.000 N?

Pembahasan :

Diket : A₁ = 10 cm², A₂ = 50 cm², F₂ = 20.000 N

Dit : F₁ = … ?

Jawab :

F₁ = (F₂/A₂) x A₁

= 4.000 N

Jadi dapat disimpulkan bahwa dengan gaya 4.000 N dapat mengangkat sebuah mobil 20.000 N menggunakan konstruksi mesin pengangkat mobil tersebut.

Beberapa peralatan lainnya yang menerapkan hukum Pascal, antara lain rem hidrolik pada kendaraan bermotor, kempa hidrolik, dan alat berat untuk mengeruk tanah dan pasir.